DE19707451A1

DE19707451A1 - Arrangement for magnetic resonance examination and hyperthermia treatment

Info

Publication number: DE19707451A1
Application number: DE19707451A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Prof Dipl Phys Andrae; Werner Alois Prof Dipl Kaiser
Original assignee: Kaiser Werner Alois Prof Dipl-Chem Drmed 53757 Sankt Augustin De
Current assignee: Kaiser Werner Alois Prof Dipl-Chem Drmed 53757 Sankt Augustin De
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 1998-08-27
Also published as: WO1998037928A1

Abstract

The invention contains a device for magnetic resonance imagery and for treating hypothermia of the body or parts thereof (6), which enables simultaneous or virtually simultaneous implementation of the above-mentioned processes and reduces the strains to which tested bodies (6) are submitted, including the consumption of substances for the purpose of the test. Furthermore, at least one antenna (3) and a device for creating an electromagnetic field are associated to a common support, and means (1, 2, 21, 22) are provided to maintain in a stationary state the body or body part concerned during the test and the treatment.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Magnetresonanz(MR)- Untersuchung und Hyperthermie-Behandlung eines Körpers oder eines Körperteils, die vornehmlich zur Bekämpfung von Mammakarzinomen Verwendung findet.The invention relates to an arrangement for magnetic resonance (MR). Examination and hyperthermia treatment of a body or one Body part that is primarily used to fight breast cancer Is used.

Bekannt sind Vorrichtungen zur Ortung und Markierung von Läsionen in Gewebeschnittbildern, wobei diese Läsionen in verstellbaren Halterungen mit Antennen durch geeignete Kontrastmittelinjektionen in das zu untersuchende Gewebe lokalisiert werden, siehe bspw. DE 44 42 398 A1. Eine Behandlung des lädierten Gewebes ist mit dieser Vorrichtung nicht möglich. Aus der US-PS 4 323 056 ist es bekannt, in eine suspendierte Glaskeramik eingebundene magnetische Eisenoxidpartikel in Tumore zu injizieren, die zuvor lokalisiert werden müssen, und sie danach einem magnetischen Wechselfeld auszusetzen. Schließlich ist es bekannt, magnetische Substanzen in Organen, insbesondere der Leber, ohne gezielte Injektion anzureichern. Die Substanzen werden dabei intravasal injiziert, siehe C. Chambon, O. Clement, A. Le-Blanche, E. Schouman- Claeys, G. Frija: Superparamagnetic iron oxides as positive MR contrast agents: in vitro and in vivo-evidence. Magn. Res. Imaging 11 (4), 509-519 (1993); B. Hamm, T. Staks, M. Taupitz, R. Maibauer, A. Speidel, A. Huppertz, T. Frenzel, R. Lawaczek, K. J. Wolf, L. Lange: Contrast enhanced MR imaging of liver and spleen: first experiences in humans with a new superparamagnetic iron oxide. J. Magn. Reson. Imaging 4 (5), 659-668 (1994).Devices for locating and marking lesions in are known Tissue sectional images, these lesions in adjustable brackets with antennas through suitable contrast medium injections into the investigating tissues are localized, see for example DE 44 42 398 A1. Treatment of the damaged tissue is not possible with this device possible. From US Pat. No. 4,323,056 it is known to be suspended in a Glass-ceramic-bound magnetic iron oxide particles in tumors inject that need to be located beforehand, and then one subject to alternating magnetic field. After all, it is known magnetic substances in organs, especially the liver, without enrich targeted injection. The substances become intravascular injected, see C. Chambon, O. Clement, A. Le-Blanche, E. Schouman- Claeys, G. Frija: Superparamagnetic iron oxides as positive MR contrast agents: in vitro and in vivo evidence. Magn. Res. Imaging 11 (4), 509-519 (1993); B. Hamm, T. Staks, M. Taupitz, R. Maibauer, A. Speidel, A. Huppertz, T. Frenzel, R. Lawaczek, K.J. Wolf, L. Lange: Contrast enhanced MR imaging of liver and spleen: first experiences in humans with a new superparamagnetic iron oxide. J. Magn. Reson. Imaging 4 (5), 659-668 (1994).

Nach den bekannten Verfahren und Vorrichtungen werden MR- Untersuchungen und Hyperthermie-Behandlungen örtlich und zeitlich getrennt durchgeführt. Dadurch ist ein Nachweis von Wirkungen der Hyperthermie, bspw. durch temperaturabhängige Bilder, mittels MR-Abbildung praktisch unmöglich. Eine Kontrolle des Einflusses von erhöhten Temperaturen etwa auf die Wirksamkeit lokaler Chemo- oder Magnetfeldtherapie während einer Behandlung kann bisher nicht durchgeführt werden.According to the known methods and devices, MR Examinations and hyperthermia treatments locally and temporally performed separately. This is proof of the effects of Hyperthermia, for example by means of temperature-dependent images, by means of MR imaging practically impossible. A control of the influence of elevated temperatures about the effectiveness of local chemo- or So far, magnetic therapy during treatment cannot be performed.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kontrolle von magnetfeldtherapeutischen und/oder chemotherapeutischen Behandlungen durch gleichzeitige oder nahezu gleichzeitige MR-Abbildung zu ermöglichen und damit zwischenzeitliche Veränderungen der Lage des Körpers oder Körperteils zu verhindern. Darüber hinaus kann zur Reduzierung von Belastungen des Körpers und zur Verringerung des Verbrauchs von Substanzen mit magnetischen Partikeln im Bedarfsfall dieselbe Substanz zur Hyperthermie und zur MR-Untersuchung dienen.The invention is therefore based on the object of controlling Magnetic therapy and / or chemotherapy treatments through simultaneous or almost simultaneous MR imaging enable and thus interim changes in the location of the Prevent body or part of the body. In addition, Reduction of stress on the body and reduction of the Consumption of substances with magnetic particles if necessary the same substance for hyperthermia and MRI.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Einrichtung zur Erzeugung des Wechselfeldes möglichst nahe am Körper, also zwischen der mindestens einen, vorzugsweise ringförmigen Antenne und dem Körper angeordnet ist. Das für die Hyperthermie erforderliche elektromagnetische Wechselfeld kann primär entweder als magnetisches Feld (durch in einer geeigneten Leiteranordnung fließende Wechselströme) oder als elektrisches Feld (durch Aufladen von Elektroden) erzeugt werden. Es ist empfehlenswert, die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes in Form mindestens einer Spule aus einem unmagnetischen Material, vorzugsweise Kupfer herzustellen. Vorteilhaft besteht die Spule aus Kupferrohr, das von einem Kühlmittel durchflossen wird. Für die Untersuchung von Körperteilen ist im wesentlichen innerhalb der Spule ein vorzugsweise aus einem flexiblen, nichtleitenden Material bestehendes Haltegefäß vorgesehen, das an eine Unterdruckvorrichtung angeschlossen ist und das dazu dient, den Körperteil während der gesamten Untersuchung und Behandlung in einer unveränderlichen Lage zu halten. Die Einrichtung zur Erzeugung des elektrischen Wechselfeldes besteht vorzugsweise aus zwei Elektrodenplatten, die gleichzeitig als Halte- bzw. Preßmittel für den Körper oder Körperteil dienen können und hierfür zumindest an ihren dem Körper oder Körperteil zugewandten Flächen mit einer isolierenden Schicht versehen sind. Der Abstand dieser Haltemittel voneinander ist zur Anpassung an den Körperteil oder Körper einstellbar. Eine vorteilhafte, materialsparende Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich, wenn die Spule als Antenne und Einrichtung zur Erzeugung des Wechselfeldes dient. Die Spule dient dann sowohl der MR-Untersuchung als auch der Hyperthermie-Behandlung, die entweder parallel oder seriell zueinander durchführbar sind. Die Parallelität der beiden Prozesse ist möglich, weil sowohl die Ströme (in der Größenordnung von -A gegenüber < 100 A) als auch die Frequenzen (bspw. 40 MHz gegenüber 100 kHz bis 1 MHz) zur Trennung der Signale genügend abweichend voneinander sind.According to the invention, this object is achieved by the characterizing Features of the first claim solved. It is advantageous if the Device for generating the alternating field as close as possible to the body, thus between the at least one, preferably ring-shaped antenna and the body is arranged. What is required for hyperthermia alternating electromagnetic field can primarily be either magnetic Field (by flowing in a suitable conductor arrangement Alternating currents) or as an electric field (by charging Electrodes) are generated. It is recommended to set up the Generation of the alternating magnetic field in the form of at least one Coil made of a non-magnetic material, preferably copper to manufacture. The coil is advantageously made of copper tube, which is made by a Coolant is flowing through. For examining body parts essentially within the coil, preferably one flexible, non-conductive material provided holding vessel that is connected to a vacuum device and which serves the Body part during the entire examination and treatment in one keep immutable position. The device for generating the alternating electric field preferably consists of two Electrode plates, which also serve as holding or pressing means for the Body or part of the body can serve and at least on their Body or body part facing surfaces with an insulating Layer are provided. The distance between these holding means is from Adjustment to the body part or body adjustable. An advantageous, material-saving design of the arrangement according to the invention results itself when the coil as an antenna and device for generating the Alternating field serves. The coil then serves both for the MR examination as well as hyperthermia treatment that is either parallel or serial are feasible to each other. The parallelism of the two processes is possible because both the currents (on the order of -A versus <100 A) as well as the frequencies (e.g. 40 MHz versus 100 kHz to 1 MHz) deviating enough to separate the signals are from each other.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with the aid of the schematic drawing three exemplary embodiments explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Anordnung, bei der die MR- Untersuchung und Hyperthermie-Behandlung mit getrennten Mitteln durchgeführt werden, Fig. 1 shows a first arrangement of the invention in which the MR examination and hyperthermia treatment may be performed with separate means,

Fig. 2 eine zweite erfindungsgemäße Anordnung, bei der die Mittel zur Hyperthermie-Behandlung als Plattenelektroden ausgebildet sind, und Fig. 2 shows a second arrangement according to the invention, in which the means for hyperthermia treatment are designed as plate electrodes, and

Fig. 3 eine dritte erfindungsgemäße Anordnung, bei der die MR- Untersuchung und die Hyperthermie-Behandlung mit derselben Spule durchgeführt werden. Fig. 3 shows a third arrangement of the invention in which the MR examination, and the hyperthermia treatment may be performed with the same coil.

In allen Ausführungsbeispielen wird als Körperteil beispielhaft eine weibliche Brust verwendet.In all exemplary embodiments, a body part is used as an example female breast used.

In Fig. 1 ist auf einer teilweise dargestellten Patientenliege 1 ein Träger 2 mit Flankenteilen 21, 22 für mindestens eine ringförmige Antenne 3 und mindestens eine Spule 4 angeordnet. Der Antenne 3 sind ein Verstärker 31 und eine Anzeigevorrichtung 32 zugeordnet. Der Verstärker 31 wird mit einer Spannung der Größenordnung 1 mV und einer Frequenz von 40 MHz. Die Spule 4 ist mit einem Wechselspannungsgenerator 41 verbunden, der einen Wechselstrom < 100 A mit einer Frequenz von 0,1 bis 1 MHz liefert. Sie besteht aus einem nicht magnetisierbarem Kupferrohr, in dessen Innerem ein Kühlmittel 42 durch die Wirkung einer Kühlmittelpumpe 43 zirkulierend fließt, die mit der Spule 4 über Kühlmittelschläuche 44 verbunden ist. Die Spule 4 ist mit einem vorzugsweise flexiblen, elektrisch und magnetisch inaktiven Gefäß 5 für eine Brust 6 ausgekleidet, die zumindest im Bereich der Flankenteile 21, 22 vollständig an der Gefäßinnenwand anliegt. Das einen Untersuchungsraum darstellende Gefäß 5 ist über einen Vakuumschlauch 51 mit einer Vakuumpumpe 52 verbunden, die einen gewünschten Unterdruck im Gefäß 5 herstellt, die Brust 6 gegen die Gefaßinnenwand und damit in eine für den anschließenden Prozeß günstige Form preßt. Für diesen Prozeß ist die Brust 6 mit einer Eisenpartikel enthaltenden Substanz injiziert worden, die sich für eine beschränkte Zeit an den Stellen der lädierten Gewebeteile konzentriert.In Fig. 1 is partially shown on a patient bed 1, a carrier 2 with edge parts 21, 22 for at least an annular antenna 3 and at least one coil 4. An antenna 31 and a display device 32 are assigned to the antenna 3 . The amplifier 31 is at a voltage of the order of 1 mV and a frequency of 40 MHz. The coil 4 is connected to an alternating voltage generator 41 , which supplies an alternating current <100 A with a frequency of 0.1 to 1 MHz. It consists of a non-magnetizable copper tube, inside of which a coolant 42 circulates through the action of a coolant pump 43 , which is connected to the coil 4 via coolant hoses 44 . The coil 4 is lined with a preferably flexible, electrically and magnetically inactive vessel 5 for a breast 6 which, at least in the region of the flank parts 21 , 22 , lies completely against the inner wall of the vessel. The vessel 5 representing an examination room is connected via a vacuum hose 51 to a vacuum pump 52 which creates a desired negative pressure in the vessel 5 , presses the breast 6 against the inner wall of the vessel and thus into a shape which is favorable for the subsequent process. For this process, the breast 6 has been injected with a substance containing iron particles, which concentrates for a limited time at the sites of the damaged tissue parts.

Bei Funktion der in Fig. 1 dargestellten Anordnung zur MR-Untersuchung und Hyperthermie-Behandlung wird zunächst mit Hilfe des Gefäßes 5, des Vakuumschlauches 51 und der Vakuumpumpe 52 die Brust 6 in eine für die Untersuchung und Behandlung günstige, stabile Form und Lage gebracht. Anschließend wird die Spule 4 mit Hilfe des Wechselspannungsgenerators 41 erregt und damit in der Spule 4 ein Wechselfeld erzeugt, das an den Konzentrationsstellen der Substanz im Gewebe eine Hyperthermie hervorruft. Gleichzeitig wird der Kühlmittelkreislauf 42, 43 in Tätigkeit gesetzt. Wird bspw. innerhalb von 10 min das Wechselspannungsfeld angelegt, so erzeugt dieses in 10 min in den Konzentrationsstellen eine Temperatur von 43°C, die 5 min gehalten wird. Danach wird die Behandlung beendet. Mit Hilfe der Antenne 3 und der im HF-Feld der Antenne durch die Konzentrationsstellen hervorgerufenen Veränderungen werden Signale induziert und von der Anzeigevorrichtung 32 die Lage der Läsionen (Karzinome) determinieren. Diese Lokalisierung kann während der Behandlung, also simultan, oder unmittelbar vor und/oder nach der Behandlung erfolgen, in einer Zeit also, in der die Lage und Form der Brust sich infolge der ständigen Wirksamkeit der Unterdruckanlage 51, 52 nicht ändern konnte.When the arrangement for MR examination and hyperthermia treatment shown in FIG. 1 functions, the breast 6 is first brought into a stable and favorable shape and position for the examination and treatment with the aid of the vessel 5 , the vacuum hose 51 and the vacuum pump 52 . The coil 4 is then excited with the aid of the alternating voltage generator 41 and an alternating field is thus generated in the coil 4 , which causes hyperthermia at the concentration points of the substance in the tissue. At the same time, the coolant circuit 42 , 43 is activated. If, for example, the AC voltage field is applied within 10 minutes, this generates a temperature of 43 ° C. in the concentration points in 10 minutes, which temperature is maintained for 5 minutes. Thereafter the treatment is stopped. With the aid of the antenna 3 and the changes caused by the concentration points in the HF field of the antenna, signals are induced and the position of the lesions (carcinomas) is determined by the display device 32 . This localization can take place during the treatment, that is to say simultaneously, or immediately before and / or after the treatment, ie at a time when the position and shape of the breast could not change as a result of the constant effectiveness of the vacuum system 51 , 52 .

Die Brust 6 kann auch in anderer Weise, z. B. durch Kompression von außen, gepreßt werden.The breast 6 can also in other ways, for. B. by compression from the outside.

In Fig. 2 ist wieder eine Patientenliege 1 mit einem Träger 2 mit zwei Flankenteilen 21, 22 versehen, in denen sich eine Antenne 3 befindet und in denen zwei plattenförmige Elektroden 7, 8 mit zugehörigen Stäben 71, 81 in Richtung von Doppelpfeilen 72, 82 verstellbar angeordnet sind. Die Elektroden sind an ihren einander und einer Brust 6 zugewandten Flächen mit elektrisch isolierenden Schichten 73, 83 versehen. Zwischen den Elektrodenplatten 7, 8 befindet sich ein Untersuchungsraum 9, in den die in diesem Fall nicht mit Kontrastmittel injizierte Brust 6 während der Untersuchung und Behandlung gepreßt und in dem sie dadurch unverrückbar gehalten ist. Eine Unterdruckanlage 51, 52, wie zu Fig. 1 beschrieben, erübrigt sich in diesem Fall. Das elektrische Feld wird zur Erwärmung der gesamten Brust 6 zwischen den Elektroden 7 und 8 erzeugt. Im übrigen ist die Behandlung der Brust 6 und die Anzeige der von der Antenne 3 empfangenen Signale ähnlich wie zu Fig. 1 beschrieben. Während der Erwärmung der Brust 6 kann sie auch chemotherapeutisch behandelt werden.In FIG. 2 is again a patient bed 1 with a support 2 with two flank portions 21, 22 in which an antenna 3 is located and where two plate-shaped electrodes 7, 8 with associated rods 71, 81 in the direction of double arrows 72, 82 are arranged adjustable. The electrodes are provided on their surfaces facing one another and a breast 6 with electrically insulating layers 73 , 83 . Between the electrode plates 7 , 8 there is an examination space 9 , into which the breast 6, which in this case is not injected with contrast medium, is pressed during the examination and treatment and in which it is held immovably. A vacuum system 51 , 52 , as described for FIG. 1, is not necessary in this case. The electric field is generated for heating the entire breast 6 between the electrodes 7 and 8 . Otherwise, the treatment of the breast 6 and the display of the signals received by the antenna 3 is similar to that described in FIG. 1. During the warming of the breast 6 , it can also be treated chemotherapeutically.

In Fig. 3 ist eine Brust 6 durch Unterdruck in einem Gefäß 5 lage- und formstabil gehalten, das sich in einem Untersuchungsraum 9 zwischen zwei Flankenteilen 21, 22 befindet und von einer Spule 10 umgeben ist, die einerseits ein magnetisches Feld erzeugt und zu diesem Zweck mit einem Wechselspannungsgenerator 41, ähnlich wie zu Fig. 1 beschrieben, verbunden ist. Andererseits ist diese Spule 10 Antenne, die die von den Konzentrationsstellen in der Brust 6 ausgelösten Signale empfängt und in einem Anzeigevorrichtung 32 sichtbar werden läßt, so daß die Ermittlung der Gewebeläsien nach Ort und Größe, einschließlich ihrer Veränderungen durch die Behandlung, möglich ist. Die in Fig. 3 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung läßt die MR-Untersuchung parallel oder seriell zur Hyperthermie-Behandlung zu; jedoch wird in diesem Fall dem seriellen Ablauf der Prozesse der Vorzug gegeben, um ihre evtl. nachteilige gegenseitige Beeinflussungen zu vermeiden. An der Eindeutigkeit der Zuordnung der Untersuchungsergebnisse zu den Behandlungsergebnissen ändert sich dabei nichts, denn die Brust 6 verändert während des Ablaufs der Prozesse ihre Lage und Form nicht. Im übrigen gilt das zu den Fig. 1 und 2 Gesagte sinngemäß.In Fig. 3, a breast 6 is held in position and shape stable by vacuum in a vessel 5 , which is located in an examination room 9 between two flank parts 21 , 22 and is surrounded by a coil 10 , which generates a magnetic field on the one hand and to this Purpose is connected to an AC voltage generator 41 , similar to that described in FIG. 1. On the other hand, this coil 10 is an antenna which receives the signals triggered by the concentration points in the breast 6 and makes them visible in a display device 32 , so that the determination of the tissue lesions by location and size, including their changes due to the treatment, is possible. The arrangement according to the invention shown in FIG. 3 permits the MR examination in parallel or in series with the hyperthermia treatment; however, in this case, preference is given to the serial sequence of the processes in order to avoid their possibly adverse mutual influences. Nothing changes in the uniqueness of the assignment of the examination results to the treatment results, because the breast 6 does not change its position and shape during the course of the processes. Otherwise, the same applies to FIGS. 1 and 2.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. All in the description, the following claims and the Features shown in the drawing can be used both individually and in any combination with each other be essential to the invention.

Reference list

11

Patientenliege
Patient couch

22nd

Träger
carrier

33rd

Antenne
antenna

44th

, ,

1010th

Spule
Kitchen sink

55

Gefäß
vessel

66

Brust
chest

77

, ,

88th

Elektroden
Electrodes

99

Untersuchungsraum
Exam room

2121

, ,

2222

Flankenteile
Flank parts

3131

Verstärker
amplifier

3232

Anzeigevorrichtung
Display device

4141

Wechselspannungsgenerator
AC generator

4242

Kühlmittel
Coolant

4343

Kühlmittelpumpe
Coolant pump

4444

Kühlmittelschläuche
Coolant hoses

5151

Vakuumschlauch
Vacuum hose

5252

Vakuumpumpe
Vacuum pump

7171

, ,

8181

Stäbe
Rods

7272

, ,

8282

Doppelpfeile
Double arrows

7373

, ,

8383

elektrisch isolierende Schichten
electrically insulating layers

Claims

1. Arrangement for magnetic resonance examination and hyperthermia treatment of a body or a part of the body, characterized in that at least one antenna and a device for generating an electromagnetic alternating field are connected to a common carrier that the antenna and the device simultaneously or almost simultaneously effective and that means are provided which keep the body or body part in a fixed position with respect to the antenna and the device during the examination and treatment.

2. Arrangement according to claim l, characterized in that the Device for generating an alternating electromagnetic field between the at least one antenna and the one to be examined Body or body part is arranged.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the Set up at least one coil made of a non-magnetic material which generates an alternating magnetic field.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the coil is a copper pipe through which a coolant flows.

5. Arrangement according to claim 2, characterized in that the Device consisting of two opposing electrode plates exists between which an alternating electric field is generated.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the two Electrode plates at least on their mutually facing surfaces are provided with electrically insulating layers.

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the Electrode plates for pressing the body or part of the body are arranged in opposite directions.

8. Arrangement according to claim 3, characterized in that in the Coil an electrically and magnetically ineffective receptacle of the body or part of the body is arranged.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the Vessel with a device for generating a vacuum in the Vessel is connected.

10. Arrangement according to claim 2, characterized in that only one Coil is provided, which acts as an antenna and as a device serves to generate an alternating electromagnetic field.